JP5040312B2 - 放電加工用電源装置及び放電加工方法 - Google Patents

Description

本発明は放電加工装置に係り、特に加工用電極と被加工物が短絡したときに流れる短絡電流の制御に関するものである。

加工用電極と被加工物との加工間隙に所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦするパルス列を所定の休止時間毎に断続させて電力を供給することにより放電加工する放電加工用電源装置として、図１４に示すようなコンデンサの充放電を利用した放電加工用電源装置が知られている。
図において、電圧可変な直流電源１は、加工液中に微小間隙をおいて対向配置された加工用電極２と被加工物３との間に加工電力を供給するものであり、パルス発生回路８からのスイッチング素子駆動用のパルス信号８ａに応じて、パルス信号８ａがＨのときスイッチング素子４がオンされ電極２と被加工物３の間に電圧が印加され、パルス信号８ａがＬのときスイッチング素子４がオフされ、電極２と被加工物３の間に電圧印加が停止される。
なお、パルス発生回路８は、ＮＣ装置などからなるパルス発生条件設定部９からのパルスのオン／オフ時間やパルス列のパルス数、パルス列とパルス列の間の休止時間、等のパルス発生条件に基づき動作する。

図１５、１６、１７は、パルス発生回路８からのパルス列、極間電圧、極間電流の関係を示した図である。
図１５は、加工用電極２と被加工物３の間隙が広いために放電が発生していない状態を示し、スイッチング素子４がＯＮしている間は電流制限用抵抗器５の抵抗値とコンデンサ６の静電容量でほぼ決まる時定数でコンデンサ６が充電され、スイッチング素子４がＯＦＦしている間は、放電用抵抗器７の抵抗値とコンデンサ６の静電容量で決まる時定数でコンデンサ６の電荷が放電用抵抗器７を通して放出される。
図に示される如く、放電用抵抗器７の抵抗値は充電用の電流制限抵抗器５の抵抗値よりも十分に大きく設定されているため、スイッチング素子４がＯＦＦしてもコンデンサ６の電荷はすぐには無くならず、加工用電極２と被加工物３の間隙の電圧はパルス列の１パルス目、２パルス目と徐徐に上昇していき、直流電源１の電圧Ｖ１近くまで上昇していく。
パルス列が終了するとパルス休止時間となり、極間電圧は０Ｖ付近まで徐々に下降していき、そして所定のパルス休止時間を経て次のパルス列を発生するようになっている。

図１５は、Ａ，Ｂ，Ｃの部分において放電が発生した状態を示している。
Ａはパルス列の３パルス目の電圧上昇中に極間の絶縁破壊が起こって放電が発生した状態であり、このときの放電電流値は、コンデンサ６に充電された電荷による放電電流に直流電源１からスイッチング素子４、ダイオード１０と充電電流制限抵抗器５を通して流れる充電電流を加えたものである。
ＢはＡに続いて極間の絶縁破壊が起こりやすい状態が継続したためにＡに続いて放電が発生した状態を示す。このときの放電電流値はコンデンサ６の充電電圧がやや低い状態で放電したためにＡの放電電流値よりも若干低くなっている。Ｃは、Ｂで放電した後に徐徐に極間電圧が上昇してから絶縁破壊が起こり、放電電流が流れた状態を示している。

図１７は、極間の間隙が狭く短絡状態になっている場合を示しており、加工用電極２と被加工物３が短絡中は、極間には直流電源１の電圧Ｖ１と電流制限抵抗器５の抵抗値で決まる短絡電流がパルス発生回路８によりスイッチング素子４を駆動するたびに極間電流が流れる。

図１８は、加工用電極と被加工物との加工間隙に交流パルス電圧を印加する方式の放電加工用電源装置の構成を示した図である。
図１４で示した直流パルス方式の電源装置の構成に、直流電源装置１７とＭＯＳ−ＦＥＴ等からなるスイッチング素子４ａ、電流制限用抵抗器５ａと、ダイオード１０ａを加えた構成となっている。
なお、図１９、２０、２１は、パルス発生回路８からのパルス列、極間電圧、極間電流の関係を示した図であるが、スイッチング素子４の駆動パルス信号８ａを所定のオンオフ時間で所定のパルス数を発生すると所定の休止時間を経てスイッチング素子４ａを駆動するパルス信号８ｂを８ａと同一パルス数だけ発生するようになっており、パルス列８ａとパルス列８ｂは所定の休止時間を経て交互に繰り返されるようになっている。
同様の被加工物と加工用電極の間隙に正負両極性の電圧を印加する交流パルス方式を用いた放電加工用電源装置は、例えば特開平３−５５１１７号公報に開示されている。

図１９は、加工用電極と被加工物との間隙が広いために放電が発生していない状態を示し、パルス信号８ａが出力されている間、極間電圧はＶ１近くで飽和し、その後の休止時間を経てパルス信号８ｂが出力されている間、極間電圧は逆極性でＶ２近くで飽和している。
図２０は、Ａ，Ｂ，Ｃ，およびＤで放電が発生した状態を示し、Ｄの放電電流の極性はＡ，Ｂ，Ｃとは当然逆になっている。
図２１は、加工用電極と被加工物が短絡した状態を示す。短絡電流の極性も、極間電圧極性が反転するたびに反転している。

特開平３−５５１１７号公報

以上、従来放電加工機の電源装置では、加工用電極２と被加工物３間にパルス幅の短い電流を流すことができるため、ワイヤ放電加工装置や形彫放電加工装置の高精度な加工を行う場合や細い穴を空けるための細穴放電加工装置に使用されてきた。
ここで、図１７、２１に示すように、加工用電極２と被加工物が短絡した場合には、毎パルス電流が流れるが、この短絡電流は、加工にあまり寄与しない。また、一つ一つのパルス電流が微小なために悪影響も殆ど無いと考えられ見過ごされてきた。
しかし、最近の実験テストにより、特に細穴放電加工装置を用いて微細な穴加工を行う場合などでは、短絡電流が電極の消耗量を増やしたり加工を不安定にしたり、短絡が長く続くと微細な電極を赤熱または焼損させたりする場合があることがわかった。
これらは、短絡時にパルス電流が連続して流れることにより、電極の温度がジュール熱により大幅に上昇することによるものであると考えられている。

本発明はこれらの問題点を解決するためになされたもので、短絡が発生したときに放電加工用電源装置のパルスの発生を適切に制御することにより加工を安定化し電極消耗を少なくすることを目的とする。

本発明にかかる放電加工用電源装置は、加工用電極と被加工物との加工間隙に所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦするパルス列を所定時間毎に断続させて電力を供給することにより上記被加工物を加工する放電加工用電源装置において、加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出する短絡検出手段と、この短絡検出手段により、上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると、上記加工間隙への電力供給を停止すべく、上記パルス列における所定のパルスの発生を停止させるパルス停止手段と、を備えたものである。

本発明によれば、短絡電流が流れ続けることにより加工面が荒れることがなく、また、電極消耗量の増加を防止し、不安定加工をなくすことができる。
また、細穴加工用電極を使用する細穴放電加工に適用した場合には、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる。

実施の形態１を示す放電加工用電源装置の構成図である。 図１の構成の動作タイミングチャートである。 実施の形態２を示す放電加工用電源装置の構成図である。 図３の構成の動作タイミングチャートである。 短絡した場合に発生させるパルス列中のパルス数と加工速度、電極消耗量の関係を表したグラフである。 実施の形態３を示す放電加工用電源装置の構成図である。 図６の構成の動作タイミングチャートである。 実施の形態４を示す放電加工用電源装置の構成図である。 図７の構成の動作タイミングチャートである。 実施の形態５及び７を示す放電加工用電源装置の構成図である。 実施の形態６を示す放電加工用電源装置の構成図である。 図１１の構成の動作タイミングチャートである。 実施の形態７を示す放電加工用電源装置の構成図である。 従来の放電加工用電源装置の構成図である。 図１４の構成で極間オープン時の各部の信号と極間波形図である。 図１４の構成で放電が発生した場合の各部の信号と極間波形図である。 図１４の構成で極間が短絡した場合の各部の信号と極間波形図である。 従来の両極性方式の放電加工用電源装置の構成図である。 図１８の構成で極間オープン時の各部の信号と極間波形図である。 図１８の構成で放電が発生した場合の各部の信号と極間波形図である。 図１８の構成で極間が短絡した場合の各部の信号と極間波形図である。

符号の説明

１ 直流電源、２ 電極、３ 被加工物、４ スイッチング素子、５ 抵抗、６ コンデンサ、７ 抵抗、８ パルス発生装置、９ パルス発生条件設定部、１０ ダイオード、１１ 短絡検出回路、１２ パルス停止回路、１３ ａｎｄ回路、１４ 直流電源、１５ スイッチング素子、１６ 抵抗、１７ 直流電源、１８ 短絡検出信号。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を用いて説明する。
図１は、放電加工機の回路構成を示す構成図、図２は、図１に示した構成の各部の信号及び極間の電圧と電流波形を示している。
図において、１は電圧Ｖ１が電圧可変な直流電源であり、図示しない設定手段により外部より電圧設定が可能となっている。２は加工用電極、３は被加工物、４はＭＯＳ−ＦＥＴ等からなるスイッチング素子、１０はダイオード、５は電流制限用抵抗器、６は加工用電極２と被加工物３とに並列に接続されたコンデンサ、７はコンデンサ６を長い時定数で放電させるための抵抗器、８はスイッチング素子４を駆動するための信号を発生するパルス発生回路、９はＮＣ装置などからなるパルス発生条件設定部であり、オペレータが加工内容によりパルス列のパルスオンオフ時間やパルス列のパルス数、パルス休止時間等のパルス列の基本的な発生条件を設定する他、後に説明する短絡検出後のパルス発生数を先に設定したパルス列の基本発生条件に基いて自動で設定するかオペレータが設定することにより放電パルスの発生パターンが設定されている。
１１は極間が短絡状態のときに信号を出力する短絡検出回路、１２は短絡検出回路１１からの短絡検出信号を受けてパルス列中の一定パルス数の間Ｌレベル信号を出力するパルス停止回路で、パルス発生回路８からの発生パルス数をカウントしパルス発生条件設定部９により設定された短絡検出後の発生パルス数と比較するなどによりＬレベルを出力するタイミングを決める。
また、Ｈレベルに戻すのはパルス列の終了時点から次のパルス列を発生させるまでの休止時間中に行われる。
１３はパルス停止回路１２からＬレベル信号が出力されている間はパルス発生回路８からのパルス信号をマスクしてスイッチング素子４の駆動を阻止するように働くＡＮＤ回路である。

次に図２を用いて各部の動作例について説明する。
図２の動作例は従来回路の図１６に対比する形で示しており、極間が短絡した状態の各部の信号を示している。
パルス発生条件設定部９からのパルスオンオフ時間、パルス列のパルス数、パルス列とパルス列間の休止時間の指令に基づき、パルス発生回路８は一定のパルス列８ａ（一例として、パルス列のパルス数は８個）を断続発生する。
そして、パルス発生回路８からの出力パルス信号８ａは、ＡＮＤ回路１３を通してスイッチング素子４のゲートに接続されている。
ＡＮＤ回路１３の一方の入力はパルス停止回路１２の出力に接続されており、パルス停止信号がＨの間はパルス発生回路の出力信号８ａはそのままスイッチング素子４のオンオフ信号１３ａとなり、パルス停止信号がＬの間はスイッチング素子４のオンオフ信号１３ａはＬとなりスイッチング素子４はオフ状態となる。

スイッチング素子４がオンすると、直流電源１は、ダイオード１０、電流制限抵抗５を通して加工用電極２と被加工物３の極間、及び極間に並列に接続されたコンデンサ６及び放電用抵抗７に接続される。
具体的には、パルス発生回路８が１パルス目のパルスを発生すると、ＡＮＤ回路１３を通してスイッチング素子４をパルスオン時間だけオンし、極間に所定電圧が印加される。
パルスが繰り返されるごとに、極間が開放状態である場合には図１４で説明したようにコンデンサ６を充電しながら極間電圧は徐々に上昇していく。
また、極間が最適な状態では、図１５で説明したように所定のパルス数目に放電が発生し、被加工物３を放電加工する。

図２は、上述した如く、極間は短絡状態の場合を示し、この場合、極間電圧は殆ど発生しない。
短絡検出回路１１は、例えばパルス列における１パルス目の終了時点の極間電圧を予め決められたしきい値と比較するなどの方法にて極間が短絡状態であるかどうかの判別を行う。
このしきい値は、極間が絶縁状態である状態から放電が発生した場合のアーク電圧と区別するために０Ｖに近い値としている。
そして、短絡検出回路１１は短絡を検出するとパルス停止回路１２に短絡検出信号を出力する。
パルス停止回路１２は、短絡検出信号を受けてパルス発生条件設定部９により予め決められたパルス数のタイミング以降にパルス停止信号（Ｌレベル）を発生させるように動作する。
パルス停止回路１２から出力されるパルス停止信号はＬレベルなので、ＡＮＤ回路１３の一方に入力されるともう一方のパルス発生回路８からのパルス８ａはマスクされてスイッチング素子４への信号出力が阻止される。

図２の場合では、短絡検出後の１パルスの間はパルス停止信号が発生せず短絡検出後の２パルス目以降でパルス停止信号がＬとなりパルス停止する設定になっている。
従って、パルス列の初期の２パルスのみが発生し、その間は図２に示す短絡電流が極間に流れるが、３パルス目以降は極間へのパルスの発生が停止されるので極間にパルス電圧が印加されず、短絡電流は流れない。

本実施の形態によれば、極間が短絡した場合には、予め設定した以上のパルスを発生させず、必要以上に極間に短絡電流を流さない。
そのため、電極と被加工物の１箇所に集中して短絡電流が流れ続けることによる加工面の荒れや、電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止する効果がある。
なお、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、短絡電流が流れ続けることにより加工面を荒らしたり、電極消耗量を増加させたり加工が不安定になり加工時間が長くなったり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる。

なお、図２の動作例ではパルス列の１パルス目の終了時点にて短絡検出後、２パルス目の発生の後にパルスを停止する例を示したが、短絡検出後すぐの２パルス目よりパルス発生を停止するように設定したり、逆に短絡検出後の数パルスはパルスを発生させた後にパルスを停止するように設定することができる。
短絡検出時に発生させるパルス数の変更により、電極と被加工物間に加工屑などがブリッジ状に介在している場合に、その除去を行って絶縁を回復させる効果の度合いを変化させることが出来る。
一方、短絡時にパルス電流を流すことにより電極の温度上昇や電極の消耗量が増加する弊害もあるので、加工内容により変更する。
また、短絡検出するパルスはパルス列の１パルス目に限らなく２パルス目以降であってもよく、短絡検出後にパルス停止することで同様の効果を得られる。
さらに、一回の短絡検出でパルス列１列分のパルス発生を停止させる方法に限らず複数パルス列のパルスをまとめて発生停止にすることも可能であるが、１列毎に短絡検出してパルス発生を停止させるようにすれば短絡電流が流れるのを最低限に抑えることが出来るのでより良い。

実施の形態２．
図３は、本実施の形態２における放電加工機の回路構成を示す構成図であり、図１に示した構成に、短絡検出用の直流電源１４、短絡検出用スイッチング素子１５、ダイオード１０ｂ、短絡検出用電流制限抵抗１６を加えたものである。
実施の形態１では、パルス発生回路出力８ａの一発目のパルス出力後に極間が短絡しているか否かを検出する例を示したが、本実施の形態では、休止時間中に極間が短絡しているか否かを検出するものである。

次に図４を用いて、動作について説明する。
パルス列間の休止時間中に、パルス発生回路８より加工パルス発生用のスイッチング素子４とは別に設けられた短絡検出用スイッチング素子１５を駆動するために駆動信号８ａとは別の駆動信号８ｃが出力される。
駆動信号８ｃがスイッチング素子１５を駆動すると、直流電源１４の電圧Ｖ３はダイオード１０ｂ、電流制限抵抗１６を通して極間に接続される。

図４の動作例では、極間が短絡状態の場合を示しており、極間電圧は０Ｖに近い状態となっている。
すると、短絡検出回路１１は、短絡検出パルスの終了時付近の極間電圧を予め決められた０Ｖに近い基準電圧と比較するなどの方法にて極間が短絡しているかどうかの判別を行うようになっている。
なお、短絡検出用直流電源１４の電圧Ｖ３は加工用直流電源１の電圧Ｖ１より低く、短絡検出用電流制限抵抗１６の抵抗値は加工用電流制限抵抗５と同等もしくは大きく、短絡検出用パルスのパルス幅は放電加工用パルスのパルス幅よりも長く、何れも一定の値に設定されている。
従って、加工パルス用の直流電源１の電圧Ｖ１や電流制限抵抗器５の抵抗値、パルス幅などの加工パルス条件の変更を行っても短絡検出用パルスの発生状態が変化しないので、短絡を検出する感度が変化しない。
また、短絡検出用パルス幅は加工用パルスのオン時間ほど短くする必要は無いため、パルス幅を長くすることにより、極間が短絡していない場合には極間電圧が短絡検出用電源電圧Ｖ３付近まで確実に上昇して安定するので、短絡検出の基準電圧との差をより明確にすることができ、短絡判定時の電圧比較がより正確となり確実に短絡と非短絡を区別できる。
また、検出用電源電圧Ｖ３を低くしたので、短絡時に短絡検出用パルスにより極間に流れる電流はピーク電流が低く、短絡検出用パルスにより被加工物の加工面が荒れるのを防止できるとともに電極に必要以上に電流を流さないので電極の消耗が低減できる効果がある。

短絡検出回路１１は短絡を検出するとパルス停止回路１２に短絡検出信号を出力する。
パルス停止回路１２は、短絡検出信号を受けてパルス発生条件設定部９により予め決められたパルス数のタイミング以降にパルス停止信号（Ｌレベル）を発生させるように動作する。
パルス停止信号はＬレベルなので、ＡＮＤ回路１３の一方に入力されるともう一方のパルス発生回路８からのパルス８ａはマスクされてスイッチング素子４への信号が阻止される。
図４の場合では、短絡検出後のパルス列の１パルス目はパルス停止信号が発生せず２パルス目以降でパルス停止信号がＬとなりパルス停止する設定になっている場合を示した。
従って、パルス列の初期の１パルスのみが発生し、その間は図４に示す短絡電流を極間に意図的に流し、２パルス目以降はパルスの発生が停止されるので短絡電流を流さない。

本実施の形態によれば、加工パルス発生条件によらない一定の条件でパルス休止時間中に確実に短絡を検出できる効果がある。
また、微小電極による放電加工においては短絡電流による電極の温度上昇により加工の不安定や電極消耗量増加への影響が大きいので極力短絡電流を流さない方がよい場合がある。その場合には、加工用パルスによる短絡電流を全く流さないように設定することも可能であるため、加工対象に合わせたより最適な短絡電流の設定が出来る効果がある。
さらにまた、本回路構成を細穴放電加工装置に適用し微細な電極を使用して微細穴を加工する場合などでは、電極に流すことが出来る許容電流が小さいので、短絡電流による電極の赤熱や焼損を防止し電極消耗量の増大を抑制するためには加工に寄与する放電パルス電流以外は極力、電流を流さない方がよく、その場合には、加工用パルスによる短絡電流を全く流さないように設定して電極の焼損や電極消耗の増大を抑制することが可能となる効果がある。
また、一般に放電加工機は、極間の電圧によって極間距離を制御するサーボを行っているため、短絡が発生した場合には短絡が解消するまで電極を素早く後退させることが必要である。
本発明によれば、短絡が発生すると加工用パルスの発生をマスクするので短絡時の極間電圧の平均値は確実に小さくなるので、より素早く電極を後退させることができ、短絡を早く解消することが出来る効果がある。

なお、図４の場合では、パルス列の１パルス目の発生後にパルスをマスクする例を示したが短絡検出後のパルス列のパルスを全てマスクするように設定したり、数パルスはパルスを発生させた後にパルスをマスクするように設定することができる。
また、一回の短絡検出でパルス列１列分のパルス発生を停止させる方法に限らず複数パルス列のパルスをまとめて発生停止にすることも可能であるが、１列毎に短絡検出してパルス発生を停止させるようにすれば短絡電流が流れるのを最低限に抑えることが出来るのでより良い。

実施例．
図５は、実施の形態２による放電加工用電源により、短絡検出後の短絡電流制御による加工特性への効果を実験にて確かめた例である。
本加工テストは、直径８０μｍのタングステン棒を電極として、厚さ約１ｍｍの鉄系被加工物に穴をあける細穴放電加工機に適用したものであり、パルス列のパルス数を１６として、加工電圧約２００Ｖ、休止時間１０μsec、加工用電流制限抵抗１００Ω として、短絡検出後に発生するパルス数（パルス停止させないパルス数）と加工時間、電極消耗の関係を示している。
テストした条件においては、短絡検出後に発生させるパルス数を１とした場合が、加工速度と電極消耗量ともに優れた結果となった。
逆に、従来のように短絡してもパルス停止を全く行わない条件として１６パルス全てを発生させる条件では、加工速度、電極消耗量ともにもっとも悪い結果となった。
本テスト条件では、１パルスだけ発生させる場合が最もよい結果となったが、他の設定条件例えばパルス列のパルス数や加工電圧、電流制限抵抗値、休止時間などにより最適なパルス数が１から数パルスの間で変化する。

短絡状態が継続する原因は、短絡電流により発生する電磁力により集まる加工屑により短絡ブリッジが形成されることによるものであると考えられ、短絡時の電流を停止することにより加工屑の集中を防止することが出来るからであり、短絡が所定時間連続した時には、短いパルス幅で短絡解消用パルスを発生させることにより短絡ブリッジを除去し短絡をより早く解消する方法が示されている。（日本特許第２９６７６８２号参照）。
本発明においては、所定時間パルス停止状態を継続させる代わりに、短絡を検出している間はパルス列中の１パルス又は数パルスのみを発生させることにより、短絡電流を大幅に減少させて加工屑が集中することを防止しつつ短絡ブリッジを除去する効果により短絡状態が早く解消するために加工速度が向上する結果になったものと考えられる。
また、短絡電流を流し続ける場合に比べて電極の温度上昇が抑制されるので電極の消耗量が減少するものと考えられる。
一方、電極と被加工物が加工屑などのブリッジではなく電極と被加工物が完全に短絡している場合には短絡を解消する効果は期待できず、電極の温度上昇や電極消耗を増大させる要因となるので短絡電流パルスを多く流し過ぎない方がよいと考えられる。
例えば、電極直径が３０μｍなどの極微細な電極では電極の許容電流が非常に小さいため、加工パルスによる短絡電流を全く流さない方が良い場合もある。

実施の形態３．
上述した実施の形態では、直流電源１のみで加工を行う場合について説明したが、本実施の形態は、加工用電極と被加工物との加工間隙に交流パルス電圧を印加する方式の放電加工用電源装置への適用を示したものである。
図６は本実施の形態３における放電加工機の回路構成を示す構成図であり、実施の形態１で示した図１に対し、直流電源１とは極間に対して逆極性に接続された直流電源１７、スイッチング素子４ａ、電流制限用抵抗５ａ、ダイオード１０ａ、ＡＮＤ回路１３ｂを追加したものである。
すなわち、スイッチング素子４がオンしスイッチング素子４ａがオフしているときは被加工物３に対して加工用電極２の極性はマイナス極性に、スイッチング素子４がオフしスイッチング素子４ａがオンしているときは加工用電極２がプラス極性になるため、正負両極性の加工電源が接続されているに等しい。
放電加工用の両極性方式の電源は、放電加工中に被加工物がイオン化するいわゆる電解腐食現象を抑える効果があるため水を加工液とした最近のワイヤ放電加工機や一部の細穴放電加工機などに用いられている。

次に、図７を用いて動作について説明する。
本実施の形態におけるパルス発生回路８は、電極マイナス極性側のスイッチング素子４及び電極プラス側のスイッチング素子４ａをパルス列ごとに交互に駆動させるために図７に示すように信号８ａ及び８ｂをパルス列ごとに交互に出力し、ＡＮＤ回路１３、１３ｂの一方の入力に接続される。
パルス１３ａによりスイッチング素子４がオンしてパルス列の１パルス目が極間に出力されると、１パルス目の終了時点の電圧を予め決められたしきい値と比較するなどの方法にて極間が短絡状態であるかどうかの判別を行う。
短絡を検出すると、以下、実施の形態１と同様にパルス停止回路１２よりパルス停止信号１２ａが発生し、ＡＮＤ回路１３及び１３ｂの一方に入力されパルス発生回路からのパルス列信号８ａ及び８ｂの両方がスイッチング素子４及び４ａに入力されるのを阻止する。

本実施の形態によれば、パルス列毎に正負両極性に極性を反転させながらパルスを発生させる構成において、極間が短絡した場合には、正極性及び負極性両方について予め設定した以上のパルスを発生させず、必要以上に極間に短絡電流を流さない。そのため、電極と被加工物の１箇所に集中して短絡電流が流れ続けることによる加工面の荒れや、電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止する効果がある。また、正極性と負極性の両方のパルス発生を停止させるので、正負両極性電源の特徴である電解腐食現象の低減効果も損なうことがない。
なお、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、短絡電流が流れ続けることにより加工面を荒らしたり、電極消耗量を増やしたり加工が不安定になり加工時間が長くなったり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。

なお、本実施の形態における図７の実線は、短絡検出後の発生パルス数が０になるようにパルス発生条件設定部９が設定されている場合を示し、検出後即パルス発生をマスクするようになっている。
なお、１パルス目に短絡検出したパルス列から続く休止時間を経た逆極性のパルス列についてもパルス発生数が０になるように制御される。
その結果、極間短絡時に流す電流を最小限にすることにより、微細な電極を使用した場合においても加工に寄与しない短絡電流を流しつづけることにより電極を多く消耗させたり赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。
また、別の手法として、図７の破線部は短絡検出後の発生パルス数が２になるようにパルス発生条件設定部９が設定されている場合を示しており、検出後に２パルスが発生した後にパルス発生マスク信号が出力され、短絡検出したパルス列から続く休止時間を経た逆極性のパルス列についてパルス発生数が２になるようになっている。
その結果、電極と被加工物間に加工屑などがブリッジ状に介在して短絡状態となっている場合には短絡ブリッジを除去して極間の絶縁状態を回復させる効果がある。

実施の形態４．
図８は、実施の形態２にて説明した構成に実施の形態３の如き逆極性発生部を組み合わせた構成である。
次に、図９を用いて動作について説明する。
図９は、極間が短絡した状態の各部の信号を表している。
本実施の形態におけるパルス発生回路８は、パルス列間の休止時間中に短絡検出用スイッチング素子１５を駆動するための信号８ｃと、電極マイナス極性側のスイッチング素子４を駆動するための信号８ａと、電極プラス側のスイッチング素子４ａを駆動するための信号８ｂを発生する。
信号８ａと信号８ｂはパルス列毎に交互に発生し、ＡＮＤ回路１３，１３ｂの一方に入力される。
短絡検出用パルスの終了時点の極間電圧などより短絡検出回路１１が短絡を検出すると、パルス停止回路１２はパルス発生条件設定部９の指令に基づきパルス停止信号１２ａを発生する。
スイッチング素子駆動信号８ａ、８ｂはＡＮＤ回路１３，１３ｂによりパルス停止信号が発生している間はスイッチング素子４，４ａの駆動を阻止されるので、駆動信号はスイッチング素子駆動信号１３ａ、１３ｃのようになる。

本実施の形態によれば、パルス列毎に正負両極性に極性を反転させながらパルスを発生させる構成においても、加工パルス発生条件によらない一定の条件でパルス休止時間中に確実に短絡を検出できる効果がある。
また、微小電極による放電加工においても短絡検出用パルスによる電流以外は短絡電流を全く流さないように設定することも可能であるため、加工対象に合わせたより最適な短絡電流の設定が出来る効果がある。
また、正極性と負極性の両方のパルス発生を停止させるので、正負両極性電源の特徴である電解腐食現象の低減効果も損なうことがない。
なお、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、短絡電流が流れ続けることにより加工面を荒らしたり、電極消耗量を増やしたり加工が不安定になり加工時間が長くなったり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。

なお、図９の実線部は短絡検出後のパルス発生数が０に設定されている場合を示し、その結果、極間短絡時に加工パルスによる電流を全く流さないので、微細な電極を使用した加工の場合においても加工に寄与しない短絡電流を流しつづけることにより電極を多く消耗させたり赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。
また、別の手法として図９の破線部は短絡検出後のパルス発生数が２になるように設定されている場合を示し、その結果、電極と被加工物間に加工屑などがブリッジ状に介在して短絡状態となっている場合には短絡ブリッジを除去して極間の絶縁状態を回復させる効果がある。

実施の形態５．
図１０は、実施の形態５の一例を示す構成図である。
本実施の形態では、短絡検出回路１１は、加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出すると短絡検出信号１８を発生しパルス発生回路８へ送り、パルス発生回路８が、該短絡検出信号１８を受けると、例えば短絡を検出した直後のパルス列とその次のパルス列との間の休止時間を一定時間、一例として非短絡時の設定休止時間の２〜数１０倍程度に延ばすように働くようにしたものである。

本実施の形態によれば、短絡時に極間に流れる平均電流を抑制することができるので、加工面の荒れや電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止できる効果があるとともに、加工屑の集中を防止する効果により短絡状態を早く解消できる。
また、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、加工面を荒らしたり、電極消耗量を増やしたり加工が不安定になり加工時間が長くなったり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。

実施の形態６．
図１１は、実施の形態６の一例を示す構成図である。
本実施の形態では、スイッチング素子４、ダイオード１０、電流制限用抵抗５の直列回路と並列にスイッチング素子４ｂ、ダイオード１０ｂ、電流制限用抵抗５ｂの直列回路を接続する構成となっている。
通常は、パルス発生条件設定部９の指令に基づきパルス発生回路８はスイッチング素子駆動信号８ａ及び８ｄの両方または何れかを選択的に発生し、スイッチング素子４及び４ｂの両方または何れかを選択的に動作させることが出来る。
従って、電極径の大小などの加工内容や加工状況に応じて極間に供給するパルス電流の大きさを変化させることができるような構成になっている。
また、実施の形態１０と同様に短絡検出回路１１が極間の短絡を検出すると短絡検出信号１８を発生してパルス発生回路８に送るようになっている。

次に図１２を用いて図１１の回路動作を説明する。
極間が短絡状態のときには、短絡検出回路１１が短絡を検出し、短絡検出信号１８がパルス発生回路８に入力される。パルス発生回路８は短絡検出信号１８が入力されると、直後のパルス列のパルス電流を小さくするべくパルス発生回路出力８ａ、８ｄの内の８ｄの出力をストップし、スイッチング素子４及び４ｂのうちの４のみを動作させることにより、短絡時の極間電流値を小さくするようにしたものである。一例として、抵抗５と抵抗５ｂの抵抗値を２：１の関係に設定しておけば、短絡時の電流値を１／３に抑制することができる。

本実施の形態によれば、極間が短絡した場合においては、各パルスの短絡電流を小さくすることにより加工面の荒れや電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止できる効果がある。
また、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、短絡電流が多く流れ続けることにより加工面を荒らしたり、電極消耗量を増やしたり加工が不安定になり加工時間が長くなったり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。

実施の形態７．
本実施の形態の構成の一例を図１３に示す。
本実施の形態においては、直流電源１の電圧Ｖ１及び直流電源１７の電圧Ｖ２は、通常はパルス発生条件設定部９の指令に基づき直流電圧制御部１９により制御されている。
加工用電極２と被加工物３とが短絡すると、短絡検出回路１１は短絡検出信号１８を発生し直流電圧制御部１９に信号を送る。
短絡検出信号１８を受けると直流電圧制御部１９は、直流電源１の電圧Ｖ１及び直流電源１７の電圧Ｖ２を例えば設定電圧の１／２にするように０．１ｍ秒〜１０ｍ秒程度の予め設定された一定時間の間制御するようにしたものである。
従って、極間が短絡した場合においては、その後の一定時間の間、極間に流れる短絡電流を１／２に少なくすることができる。

本実施の形態によれば、短絡発生時に直流電源電圧を一定時間小さくすることにより極間に流れる短絡電流を一定時間少なくすることができるので、大きな短絡電流が流れ続けることにより発生する加工面の荒れや電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止できる効果がある。
また、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、加工面を荒らしたり、電極消耗量を増やしたり加工が不安定になり加工時間が長くなったり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。

本発明は、細穴放電加工装置に適用することに適している。

Claims (13)

1. 加工用電極と被加工物との加工間隙に所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦするパルス列を所定時間毎に断続させ、かつパルス列毎に正負両極性に極性を反転させながら電力を供給することにより上記被加工物を加工する放電加工用電源装置において、
   加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出する短絡検出手段と、
   この短絡検出手段により、上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると、上記加工間隙への電力供給を停止すべく、短絡を検出した際の極性に引き続き、反転させて電力を供給する極性である正逆極性一対のパルス列において加工間隙への電力供給を停止するパルス停止手段と、
   を備えたことを特徴とする放電加工用電源装置。
2. 短絡検出手段は、パルス列中の所定パルス印加時に短絡検出することを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電源装置。
3. 短絡検出手段は、パルス列中の１パルス目において短絡を検出することを特徴とする請求項２に記載の放電加工用電源装置。
4. 短絡検出手段により短絡を検出した場合に、少なくとも１パルスは加工間隙に電力を供給し、その後、パルス列の終わりまでのパルスの発生を停止することを特徴とする請求項３に記載の放電加工用電源装置。
5. 短絡検出手段は、パルス列の休止時間中に上記加工用電極と上記被加工物との加工間隙に短絡検出用パルスを印加することにより短絡を検出することを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電源装置。
6. 短絡検出用パルスは、パルス列で供給する電圧より低く、かつパルス幅が放電加工用パルスよりも長いことを特徴とする請求項５に記載の放電加工用電源装置。
7. 加工用電極として細いパイプ或いは棒状電極を用いる細穴放電加工装置に用いられることを特徴とする請求項１乃至６何れかに記載の放電加工用電源装置。
8. 細いパイプ或いは棒状電極の加工用電極と被加工物との加工間隙に所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦするパルス列を所定時間毎に断続させ、かつパルス列毎に正負両極性に極性を反転させながら電力を供給することにより上記被加工物を加工する細穴放電加工において、
   加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出する工程と、
   上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると、上記加工間隙への電力供給を停止すべく、短絡を検出した際の極性に引き続き、反転させて電力を供給する極性である正逆極性一対のパルス列において加工間隙への電力供給を停止させる工程と、
   を備えたことを特徴とする放電加工方法。
9. 短絡検出は、パルス列中の所定パルス印加時に短絡検出することを特徴とする請求項８に記載の放電加工方法。
10. 短絡検出は、パルス列中の１パルス目において短絡を検出することを特徴とする請求項９に記載の放電加工方法。
11. 短絡を検出した場合に、少なくとも１パルスは加工間隙に電力を供給し、その後、パルス列の終わりまでのパルスの発生を停止することを特徴とする請求項１０に記載の放電加工方法。
12. 短絡検出は、パルス列の休止時間中に上記加工用電極と上記被加工物との加工間隙に短絡検出用パルスを印加することにより短絡を検出することを特徴とする請求項８に記載の放電加工用電源装置。
13. 短絡検出用パルスは、パルス列で供給する電圧より低く、かつパルス幅が放電加工用パルスよりも長いことを特徴とする請求項１２に記載の放電加工方法。

Images